การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของดาวเทียมทำให้วงโคจรต่ำของโลกแออัดมากขึ้น เพิ่มความเสี่ยงต่อการชนกัน และสร้างแรงกดดันต่อโครงสร้างพื้นฐานการส่งข้อมูลเนื่องจากคลื่นความถี่วิทยุถูกใช้งานเกินกำลัง ในบริบทนี้ เทคโนโลยีการสื่อสารด้วยเลเซอร์จึงถูกมองว่าเป็นทิศทางการเชื่อมต่อใหม่สำหรับการสำรวจอวกาศในยุคต่อไป
วิถีการโอเวอร์โหลด
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา จำนวนดาวเทียมที่โคจรรอบโลกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมาก หลังจากการปล่อยระบบ Starlink ในปี 2019 ปัจจุบัน SpaceX มีดาวเทียมที่ใช้งานได้จริงในวงโคจรมากกว่า 10,200 ดวง องค์การอวกาศยุโรป (ESA) คาดการณ์ว่าภายในสิ้นทศวรรษหน้า อาจมีดาวเทียมประมาณ 100,000 ดวงที่ปฏิบัติงานพร้อมกันรอบโลก ดาวเทียมส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้คลื่นวิทยุในการส่งข้อมูลไปยังภาคพื้นดิน ซึ่งเป็นเทคโนโลยีเดียวกับที่ใช้ในโทรศัพท์มือถือ Wi-Fi บลูทูธ และโทรทัศน์
อย่างไรก็ตาม คลื่นวิทยุใช้พื้นที่เพียงส่วนน้อยของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า (ช่วงของคลื่นและรังสีที่มีอยู่ในธรรมชาติ) ส่วนของสเปกตรัมความถี่วิทยุที่สามารถนำมาใช้ในการสื่อสารได้นั้นมีจำกัด ดังนั้นจึงต้องได้รับการจัดการและจัดสรรโดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ (ITU)
แบร์รี อีแวนส์ ศาสตราจารย์ด้านการสื่อสารผ่านดาวเทียมจากมหาวิทยาลัยเซอร์เรย์ (สหราชอาณาจักร) กล่าวว่า การใช้คลื่นความถี่เกินกำลังเริ่มเกิดขึ้นเมื่อมีระบบดาวเทียมจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ทำงานบนแถบความถี่เดียวกัน
ตัวอย่างเช่น Starlink และ Eutelsat OneWeb ต่างใช้คลื่นความถี่ Ku-band (ประมาณ 11-14 กิกะเฮิร์ตซ์) ในการส่งข้อมูลลงสู่พื้นดิน ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงต่อการรบกวนและการทับซ้อนของสัญญาณ ปัจจุบันบริษัทต่างๆ จึงต้องประสานงานการแบ่งปันคลื่นความถี่หรือปรับเวลาการส่งสัญญาณ แต่ผู้เชี่ยวชาญเชื่อว่านี่เป็นเพียงวิธีแก้ปัญหาชั่วคราวเท่านั้น
ดาวเทียมที่โคจรในระดับความสูงที่แตกต่างกันอาจทำให้เกิดการรบกวนสัญญาณได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อสถานีภาคพื้นดินรับสัญญาณจาก OneWeb ที่ระดับความสูงประมาณ 1,200 กิโลเมตร ดาวเทียม Starlink ที่บินต่ำกว่าประมาณ 500 กิโลเมตร อาจทำให้เกิดการรบกวนชั่วคราวหากโคจรผ่านพื้นที่ครอบคลุม ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า เหตุการณ์แทรกซ้อน (In-Line Events) ในบริบทของข้อมูลจากอวกาศที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว คลื่นวิทยุไม่น่าจะสามารถตอบสนองความต้องการในระยะยาวสำหรับการส่ง วิดีโอ ความละเอียดสูง ข้อมูลจากเซ็นเซอร์ และอินเทอร์เน็ตผ่านดาวเทียมทั่วโลกได้อย่างเพียงพอ
ความท้าทายทางเทคนิค
ด้วยแรงกดดันนี้ อุตสาหกรรมอวกาศจึงกำลังหันมาใช้เลเซอร์ในการส่งข้อมูล ต่างจากคลื่นวิทยุที่แพร่กระจายในวงกว้างในอวกาศ เลเซอร์เดินทางเป็นลำแสงแคบมาก ทำให้แทบไม่มีการรบกวนจากระบบอื่น ส่งผลให้ความเร็วในการส่งข้อมูลเพิ่มขึ้นและมีความปลอดภัยมากขึ้น
ดาลีอุส เปโตรลิโอนิส ผู้ร่วมก่อตั้งและซีทีโอของแอสโทรไลท์ (ลิทัวเนีย) กล่าวว่า ดาวเทียมรุ่นใหม่หลายดวงในปัจจุบันได้รวมเอาการเชื่อมต่อด้วยเลเซอร์ไว้ด้วยแล้ว ในเครือข่ายสตาร์ลิงก์ ข้อมูลระหว่างดาวเทียมถูกส่งผ่านเลเซอร์ในบางการเชื่อมต่อในอวกาศ อย่างไรก็ตาม การสื่อสารด้วยเลเซอร์จากดาวเทียมไปยังภาคพื้นดินยังคงเป็นความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญ เนื่องจากเลเซอร์มีความไวต่อสภาพบรรยากาศมาก เมฆ หมอก ไอน้ำ หรือการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิในอากาศ ล้วนสามารถบิดเบือนสัญญาณได้
เพื่อเอาชนะข้อจำกัดนี้ บริษัทต่างๆ กำลังพัฒนาระบบชดเชยการรบกวนทางแสง (AO) ซึ่งช่วยให้ลำแสงเลเซอร์ปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศได้แบบเรียลไทม์ ระบบเหล่านี้โดยทั่วไปประกอบด้วยเซ็นเซอร์วัดหน้าคลื่นเพื่อวัดการบิดเบือนของสัญญาณ กระจกสะท้อนการบิดเบือนเพื่อแก้ไขลำแสงเลเซอร์ และคอมพิวเตอร์ควบคุมความเร็วสูง
จากข้อมูลของ NASA ระบบบางระบบใช้กระจกสะท้อนความเครียดสองประเภทที่ทำงานควบคู่กัน โดยกระจกบานหนึ่งรับมือกับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นช้า และอีกบานหนึ่งรับมือกับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างขนาดเล็กที่เกิดขึ้นเร็ว ตัวควบคุมต้องทำการปรับเปลี่ยนประมาณ 100-1,000 ครั้งต่อวินาที
ในการทดสอบการส่งข้อมูลด้วยเลเซอร์ที่ความเร็ว 5 Gbps ระบบ AO ซึ่งประกอบด้วยองค์ประกอบควบคุม 137 ตัว สามารถลดอัตราข้อผิดพลาดของข้อมูลลงเหลือต่ำกว่า 10⁻⁶ ซึ่งเทียบเท่ากับข้อผิดพลาดน้อยกว่า 1 ครั้งต่อข้อมูลหนึ่งล้านบิต และแทบจะขจัดความคลาดเคลื่อนที่สำคัญใดๆ ออกไปได้หมด
นอกจากความผิดเพี้ยนของสัญญาณแล้ว ระบบส่งสัญญาณเลเซอร์ยังต้องรับมือกับความเข้มของแสงที่ผันผวนเนื่องจากความปั่นป่วนของชั้นบรรยากาศด้วย เครือข่ายส่งสัญญาณเลเซอร์บางแห่งใช้ดาวเลเซอร์เทียมเพื่อสร้างจุดอ้างอิง ช่วยในการวัดระดับความปั่นป่วนของชั้นบรรยากาศได้อย่างแม่นยำ นอกจากฮาร์ดแวร์ทางแสงแล้ว บริษัทต่างๆ ยังใช้ AI และอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อลดต้นทุนและเพิ่มความเร็วในการประมวลผลสัญญาณอีกด้วย
เมื่อไม่นานมานี้ NASA ประสบความสำเร็จในการทดสอบระบบสื่อสารด้วยเลเซอร์บนยานอวกาศโอไรออน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการอาร์เทมิส II โดยสามารถส่งข้อมูลมากกว่า 100 GB จากบริเวณใกล้ดวงจันทร์กลับมายังโลกได้ ในขณะเดียวกัน บริษัท Astrolight ซึ่งเป็นบริษัทเทคโนโลยีอวกาศของลิทัวเนีย กำลังสร้างสถานีภาคพื้นดินแบบออปติคอลแห่งแรกในกรีนแลนด์ โดยได้รับการสนับสนุนจาก ESA และได้ส่งเครื่องส่งสัญญาณเลเซอร์ทดลอง 3 เครื่องขึ้นสู่วงโคจรแล้ว
การสื่อสารด้วยแสง หรือที่รู้จักกันในชื่อการสื่อสารด้วยเลเซอร์ ใช้รังสีอินฟราเรดแทนคลื่นวิทยุแบบดั้งเดิมในการส่งข้อมูลระหว่างดาวเทียมหรือจากดาวเทียมไปยังภาคพื้นดิน เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถส่งข้อมูลได้เร็วขึ้น ใช้พลังงานน้อยลง และแทบไม่มีสัญญาณรบกวน
ที่มา: https://www.sggp.org.vn/cuoc-dua-truyen-du-lieu-bang-tia-laser-post854231.html
การแสดงความคิดเห็น (0)